侯东洋_中红外硫系光子晶体光纤偏振分束器的设计与研究.doc

第3章蝶形双芯光子晶体光纤偏振分束器特性分析第1章绪论摘要硫系化合物因为其相比于石英玻璃所具备的如软化温度更低、成纤性更好、非线性折射率更高以及可以在中红外和近红外波段透光等特性，近年来饱受学者们的关注。如硫系化合物作为基底材料制备的光子晶体光纤，它能突破石英介质一直以来只能工作于2um的波长以下的限制，在中红外波段光线脉冲激光器、全光网络的实现及生物医药等领域有重大应用。而要实现稳定的全光网络，偏振分束器是不可或缺的光器件之一。基于以上背景，本文对中红外硫系光子晶体光纤偏振分束器进行了研究讨论，运用光波导基础理论和有限元法仿真讨论了光纤结构对分束器耦合长度，带宽、消光比等性能的影响。设计并优化了三种中红外波段的硫系光子晶体光纤偏振分束器。研究了一种基底材料为的蝶形光子晶体光纤偏振分束器，通过使用COMSOLMultiplicity软件以有限元法仿真讨论了光纤结构对分束器各特性的影响，通过优化结构参数，实现了高性能的中红外波段偏振分束器，结果显示：当位于4的中红外窗口时，分束器的长度是45.4,消光比达到了-117，且消光比小于等于-20时的带宽达到了400，对应的波长范围是3.8到4.2，在全光网络和微纳光学中具有重要作用。研究了一种基底材料为的三椭圆孔双芯光子晶体光纤偏振分束器，通过引用三个椭圆空气孔在纤芯中使结构的对称性被破坏，获得高双折射特性，运用光波导理论和有限元法仿真讨论了光纤结构对分束器各特性的影响，通过优化结构参数，实现了当位于4的中红外窗口时，长度是60.6,消光比达到了-76，且消光比小于等于-20时的带宽达到了200，对应的波长范围是3.9到4.1的简易结构，性能优良的中红外偏振分束器。设计了一种包层空气孔引入方形孔的中红外光子晶体光纤偏振分束器，基底材料依然选取，运用光波导理论和有限元法仿真讨论了光纤结构对分束器各特性的影响，通过优化结构参数，得到了当位于4的中红外窗口时，长度是40.6,消光比达到了-115，且消光比小于等于-20时的带宽达到了200，对应的波长范围是3.9到4.1的中红外偏振分束器。关键词：光子晶体光纤；偏振分束器；有限元法ABSTRACTSulfurcompoundshaveattractedmuchattentioninrecentyearsbecauseoftheirproperties,suchaslowersofteningtemperature,betterfiberformation,highernonlinearrefractiveindexandlighttransmittanceinmid-infraredandnear-infraredbands,comparedwithquartzglass.Forexample,thephotoniccrystalfiberpreparedwithsulfurcompoundsasthebasematerialcanbreakthroughthelimitationthatthequartzmediumcanonlyworkbelowthewavelengthof2allthetime,andithassignificantapplicationsinthefieldsoflightpulselaseratmid-infraredband,therealizationofall-opticalnetworkandbiomedicine.Inordertorealizestableall-opticalnetwork,polarizationbeamsplitterisoneoftheindispensableopticaldevices.Basedontheabovebackground,thepolarizationsplitterofmid-infraredsulfurseriesphotoniccrystalfiberisstudiedanddiscussedinthispaper.Theeffectoffiberstructureonthecouplinglength,bandwidthandextinctionratioofthesplitterisdiscussedbyusingthebasictheoryofoptica